BRICHOS 도메인의 짧은 소수성 루프 모티프는 무정형 단백질 응집에 대한 샤페론 활성을 결정하지만 아밀로이드 형성에 대해서는 그렇지 않습니다.

Apr 28, 2024

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 497(2023) 이 기사 인용

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ATP 독립적 분자 샤페론은 세포 건강을 유지하는 데 중요하지만 부분적으로 펼쳐진 단백질 기질의 응집을 방지하기 위한 분자 결정 요인은 특히 조립 상태 및 기질 인식의 기초와 관련하여 불분명합니다. BRICHOS 도메인은 어셈블리 상태 및 순서에 따라 sHSP(소형 열 충격)과 같은 샤페론 기능을 다양한 정도로 수행할 수 있습니다. 여기에서 우리는 샤페론 활성 도메인에서 3개의 소수성 서열 모티프를 관찰했으며 BRICHOS 도메인이 더 큰 올리고머로 조립될 때 표면에 노출된다는 것을 발견했습니다. 루프 스왑 변이체와 부위별 돌연변이체에 대한 연구에서는 3개의 짧은 모티프의 생물학적 소수성이 무정형 단백질 응집을 방지하는 효율성과 선형적으로 상관관계가 있음이 추가로 밝혀졌습니다. 동시에, 이는 규칙적인 아밀로이드 원섬유 형성을 예방하는 능력과 전혀 상관관계가 없습니다. 선형 상관관계는 또한 BRICHOS와 관련이 없는 sHSP의 짧은 소수성 서열 모티프를 포함하는 키메라의 활동을 정확하게 예측합니다. 우리의 데이터는 올리고머화에 의해 함께 모인 짧고 노출된 소수성 모티프가 무정형 단백질 응집에 대한 효율적인 샤페론 활동에 충분하고 필요하다는 것을 나타냅니다.

분자 샤페론은 폴리펩티드1,2의 올바른 접힘을 지원함으로써 단백질 분해 효소의 핵심입니다. 그중에서도 작은 열 충격 단백질(sHSP)과 같은 ATP 독립적 분자 샤페론은 접히지 않거나 잘못 접힌 기질에 결합하고 이를 가용성, 재접힘 능력 있는 상태로 유지함으로써 단백질 응집의 독성 결과를 방지합니다3,4. Bri2는 어디에서나 발현되는 II형 막횡단 단백질이며, 이의 단백질 분해 과정은 분자 샤페론 도메인인 BRICHOS5,6을 방출합니다. 흥미롭게도 HSP60, HSP70 및 HSP90과 같은 다른 분자 샤페론은 뇌와 망막의 Bri2 상호 작용의 일부입니다7,8. 분리된 Bri2 BRICHOS 도메인은 여러 아밀로이드 형성 기질의 응집 경로를 조절하고, 아밀로이드 관련 독성을 방지하며, 크리스탈린 또는 클러스터린과 같은 ATP 독립적 분자 샤페론과 유사하게 비원섬유성, 무정형 단백질 응집을 방지합니다9,10,11,12, 13. 알츠하이머병14,15,16, 제2형 당뇨병17 및 파킨슨병18과 같은 단백질 응집 장애와 관련된 기질과 상호 작용하는 Bri2 BRICHOS 도메인의 능력은 세포 단백질 항상성에 대한 잠재적인 중요성을 강조합니다.

BRICHOS 도메인은 크기가 약 100개 아미노산 잔기이며 공유 및 비공유 상호작용에 의해 안정화된 이량체에서 대형 다분산 올리고머에 이르는 단량체 또는 다량체로 존재합니다. 인간 Bri2 및 Bri3, BRICHOS 도메인은 약 20-30개의 하위 단위로 구성된 대형 올리고머로 조립되어 무정형 단백질 응집을 효율적으로 억제합니다. 대조적으로, Bri2 BRICHOS 단량체 및 이량체뿐만 아니라 주로 삼량체로 존재하는 prosurfactant 단백질 C(proSP-C)의 BRICHOS 도메인은 모두 무정형 단백질 응집에 대해 비활성입니다9,11,19,20. 서로 다른 계열의 BRICHOS 도메인은 쌍별 서열 동일성이 낮지만 proSP-C BRICHOS 결정 구조를 기반으로 하는 Bri2 BRICHOS 단량체의 상동성 모델은 긴 사슬을 통해 연결된 두 개의 α-나선이 측면에 있는 보존된 중앙 5가닥 β-시트를 보여줍니다. 유연한 루프(그림 1a, b)19,20,21,22. 현재까지 Bri2 BRICHOS 도메인에 사용할 수 있는 원자 세부 사항에 대한 실험적 구조는 없으며 아마도 단량체 하위 단위가 구조적으로 동적이며 더 큰 올리고머가 다분산된다는 사실과 관련이 있습니다(아래 추가 참조).

wt proSP-C BRICHOS 삼량체의 결정 구조로부터의 단일 서브유닛(PDB 수탁 번호: 2yad). 점선은 결정 구조에서 누락된 루프를 나타내며 그 코어 영역은 파란색 그림자로 표시됩니다. 서열은 극성의 경우 파란색에서 소수성 잔기의 경우 빨간색으로 표시됩니다. b AlphaFold 2로 모델링된 Wt Bri2 BRICHOS. 여기서 루프 코어는 (a)와 같이 표시됩니다. c (a, b)와 같이 색상으로 구분된 인간 BRICHOS 루프 영역의 아미노산 서열(정렬은 보충 그림 1 참조). 본 명세서에서 연구된 BRICHOS 도메인은 굵은 글씨로 표시되고 모티프 1-3은 상자로 표시되며 T206은 화살표로 표시됩니다. d 루프 스왑 및 델타 루프 변형의 도식 모델. e BRICHOS 올리고머 변이체의 SEC(왼쪽) 및 추정된 하위 단위 수(오른쪽). 하위 단위의 수는 SEC 피크 최대치(중앙선과 상자 위의 숫자로 표시됨)에서 추정되었으며 상자는 최대 폭의 절반을 나타냅니다.